RU157090U1

RU157090U1 - V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом

Info

Publication number: RU157090U1
Application number: RU2015112449/06U
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Боженов; Игорь Львович Ночвин; Виктор Валентинович Мальцев; Виталий Витальевич Фурзиков; Владимир Михайлович Кротов; Илья Владимирович Никитин; Дмитрий Леонидович Падаляк; Роман Сергеевич Черняк; Сергей Александрович Ермолин; Игорь Александрович Зеленков; Елена Владимировна Рассохина; Евгений Васильевич Фефелов; Антон Владимирович Кропотухин; Лев Игоревич Ночвин; Юлай Салаватович Хисматуллин
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2015-11-20

Abstract

1. V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, содержащий два блока цилиндров, установленных на картере и образующих V-образный развал, впускной ресивер, расположенный в передней части двигателя, впускной коллектор, соединенный с впускным ресивером, выпускные коллекторы, турбокомпрессор, соединительные элементы, при этом один из выпускных коллекторов сообщен посредством газового патрубка с турбиной турбокомпрессора, отличающийся тем, что содержит устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, а также дополнительный турбокомпрессор, при этом оба турбокомпрессора расположены над маховиком в торце каждого блока цилиндров, и каждый из них соединен с одним из блоков цилиндров, впускной и выпускные коллекторы расположены в развале блоков цилиндров, при этом один из выпускных коллекторов сообщен с турбиной дополнительного турбокомпрессора, а устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха установлены над картером блоков цилиндров и соединены с турбокомпрессорами.2. V-образный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что турбокомпрессоры установлены над маховиком на кронштейнах.3. V-образный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что турбокомпрессоры соединены с блоками цилиндров посредством воздухонапорного и газовых патрубков.4. V-образный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха соединены с турбокомпрессорами посредством воздухонапорного патрубка.

Description

Полезная модель относится к области дизелестроения и предназначена для использования в производстве многоцилиндровых V-образных ДВС с газотурбонаддувом для магистральных тепловозов.

Известен V-образный ДВС с турбонаддувом, содержащий впускные коллекторы, расположенные в развале двигателя, и турбокомпрессор, установленный в торце развала и снабженный компрессором с улиткой. Впускные коллекторы подсоединены к впускным отверстиям цилиндров. Устройство содержит воздухонапорные патрубки от турбокомпрессора, каждый из которых подключен к одному из коллекторов и снабжен по меньшей мере одним ответвлением для отвода сжатого воздуха. Это ответвление подключено к цилиндру, примыкающему к торцу, а впускные коллекторы подсоединены к впускным отверстиям остальных цилиндров. Патрубки подключены к коллекторам через разъемные соединения, а ответвление также подключено к цилиндру при помощи разъемного соединения (а.с.SU №1296735, опубл. 15.03.87. Бюл. №10).

В известном устройстве турбокомпрессор частично размещен в V-образном развале ДВС, что компенсирует, но не в полной мере, недостатки других известных многоцилиндровых V-образных ДВС, связанные с увеличенными габаритными размерами. Это достигнуто за счет выполнения улитки компрессора парциальной и совмещения с улиткой впускных патрубков крайних цилиндров двигателя. Такое выполнение устройства привело, в свою очередь, к появлению ряда недостатков:

- ухудшению КПД компрессора вследствие парциального отвода воздуха от колеса компрессора;

- ухудшению надежности конструкции стыков и условий работы уплотнений вследствие закрепления турбокомпрессора одновременно на двух поверхностях, принадлежащих разным рядам цилиндров.

Кроме того, не решена задача повышения компактности конструкции из-за неиспользования части габаритного объема, расположенной непосредственно под турбокомпрессором в нижней части развала двигателя.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. ДВС содержит два блока цилиндров, установленных на картере и образующих V-образный развал, впускной ресивер, закрепленный на картере в развале и снабженный входным и выходным окнами. Турбокомпрессор по меньшей мере частично размещен в V-образном развале блоков и закреплен на впускном ресивере. Выпускные коллекторы расположены на внешних поверхностях блоков и сообщены посредством газовых патрубков с турбиной турбокомпрессора. Впускные коллекторы расположены на внутренних поверхностях блоков и сообщены через впускной ресивер с улиткой компрессора турбокомпрессора. Улитка компрессора сообщена с входным окном ресивера. Выходное окно впускного ресивера обращено внутрь развала блоков, улитка компрессора выполнена несимметричной, на ней выполнено крепление турбокомпрессора к ресиверу. Выходное окно ресивера сообщено с впускными коллекторами посредством восходящих патрубков, проложенных вдоль внутренних поверхностей блоков. Выходное отверстие улитки компрессора и сообщенное с ним входное окно ресивера эквидистантны поверхностям блоков цилиндров (пат. RU №2158373, F02B 37/00, F02B 33/44, опубл. 27.10.2000).

Недостатком технического решения по прототипу является то, что в системе газотурбонаддува не предусмотрено устройство промежуточного охлаждения наддувочного воздуха (ОНВ), что не позволит форсировать двигатель. Для установки ОНВ необходимо доработать данную конструкцию двигателя, что приведет к ухудшению удельных массо-габаритных показателей, поскольку выпускные коллекторы двигателя по прототипу выполнены с внешней стороны, что увеличивает габаритный размер двигателя.

В рассматриваемом устройстве турбокомпрессор частично размещен в V-образном развале блока цилиндра. Это достигнуто за счет выполнения улитки компрессора парциальной и совмещения с улиткой впускных патрубков крайних цилиндров двигателя.

То, что турбокомпрессор в техническом решении по прототипу расположен по меньшей мере частично в развале двигателя не является преимуществом, т.к. при смене турбокомпрессора, например, в случае замены поставщика или в случае необходимости увеличения давления наддува необходимо будет дорабатывать конструкцию двигателя, что также приведет к увеличению удельных массо-габаритных показателей. Таким образом, представленный в описании патента двигатель спроектирован в расчете на одно исполнение конструкции. Дальнейшая модернизация и форсировка в его конструкцию не заложена.

Техническим результатом является улучшение удельных массо-габаритных показателей заявляемого двигателя, в том числе повышение его мощности.

Технический результат достигается тем, что V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом содержит два блока цилиндров, установленных на картере и образующих V-образный развал, впускной ресивер, расположенный в передней части двигателя, впускной коллектор, соединенный с впускным ресивером, выпускные коллекторы, турбокомпрессор, соединительные элементы, при этом один из выпускных коллекторов сообщен посредством газового патрубка с турбиной турбокомпрессора. Новым является то, что заявляемый двигатель содержит устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, а также дополнительный турбокомпрессор, причем оба турбокомпрессора расположены над маховиком в торце каждого блока цилиндров, и каждый из них соединен с одним из блоков цилиндров, впускной и выпускные коллекторы расположены в развале блоков цилиндров, при этом второй выпускной коллектор сообщен с турбиной дополнительного турбокомпрессора, а устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха соединены с турбокомпрессорами.

Приведенные существенные признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Далее приведены признаки, характеризующие заявляемое устройство в частных случаях его выполнения:

- турбокомпрессоры установлены над маховиком на кронштейнах;

- турбокомпрессоры соединены с блоками цилиндров посредством воздухонапорного и газовых патрубков;

- устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха соединены с турбокомпрессорами посредством воздухонапорного патрубка;

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем:

- введение устройств промежуточного охлаждения наддувочного воздуха (ОНВ) позволяет улучшить удельные массо-габаритные показатели прототипа за счет повышения мощности двигателя в результате увеличения массового наполнения воздухом цилиндров и, как следствие, повышения его плотности, а также уменьшения теплонапряженности деталей двигателя.

- наличие дополнительного турбокомпрессора обеспечивает приемистость двигателя: из-за меньших моментов инерции роторов сокращается продолжительность раскрутки турбокомпрессора при внезапном изменении нагрузки, при этом не изменяется коэффициент избытка воздуха. Это также способствует улучшению удельных массо-габаритных показателей заявляемого двигателя.

- установка турбокомпрессоров над маховиком в торце каждого блока цилиндров позволяет разместить в развале блока цилиндров выпускные коллекторы, тем самым, также улучшить удельные массо-габаритные показатели заявляемого двигателя. Расположение турбокомпрессоров на заднем картере агрегатов над маховиком позволяет при необходимости увеличивать мощность заявляемого двигателя путем замены турбокомпрессоров на более мощные без существенных доработок конструкции.

- размещение впускного и выпускных коллекторов в развале блока цилиндров позволяет обеспечить более высокие удельные массо-габаритные показатели заявляемого двигателя за счет устранения выступания коллекторов с боковых сторон.

Заявленная полезная модель поясняется графическими материалами:

На фиг. 1 V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбонаддувом, общий вид сзади;

На фиг. 2 V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбонаддувом, общий вид спереди;

На фиг. 3 поперечный разрез на фиг. 1.

V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом (фиг. 1-3) содержит два блока 1.1, 1.2 цилиндров, образующих V-образный развал, картер 2 блоков цилиндров, впускной ресивер 3, расположенный в передней части двигателя, головки 4.1-4.12 цилиндров, впускной коллектор 5, выпускные коллекторы 6.1, 6.2, турбокомпрессоры 7.1, 7.2, кронштейны для установки турбокомпрессоров, турбины 8.1, 8.2 турбокомпрессоров, воздухонапорный патрубок 9, газовые патрубки 10.1, 10.2, устройства 11.1, 11.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, маховик 12.

V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом работает следующим образом.

Двигатель представляет собой четырехтактный, двенадцатицилиндровый комбинированный двигатель внутреннего сгорания с газотурбонаддувом. Двенадцатицилиндровый дизельный двигатель выполняют с V-образным расположением блоков 1.1, 1.2 цилиндров и углом развала, равным 60°. Основную корпусную деталь двигателя картер 2 блоков цилиндров (блок-картер) изготавливают из чугуна методом литья с интегрированным в него впускным коллектором 5, который соединен с впускным ресивером 3. На двигателе устанавливают индивидуальные головки 4.1-4.12 цилиндров. Наддувочный воздух через впускной коллектор поступает к головкам цилиндров со стороны развала двигателя, после чего уже отработавшие газы поступают в выпускные коллекторы 6.1, 6.2 расположенные в развале блок-картера и состоящие из унифицированных сегментов и промежуточных компенсаторов. Отработавшие газы из выпускных коллекторов по газовым патрубкам 10.1, 10.2 поступают к турбинам 8.1, 8.2 турбокомпрессоров 7.1, 7.2, установленных на кронштейнах над маховиком 12 в торце каждого блока цилиндров. Система турбонаддува - одноступенчатая и состоит из турбокомпрессоров, из которых воздух поступает в воздухонапорный патрубок 9, далее воздух поступает в устройства 11.1, 11.2 промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Затем воздух через впускной коллектор поступает во впускной ресивер через входное окно.

Заявленная полезная модель прошла испытания в качестве опытного образца дизельного двигателя. Дизельный двигатель изготавливается в промышленных условиях и предназначен для использования в промышленных условиях, а именно в магистральных тепловозах, что позволяет считать заявленную полезную модель соответствующей критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Claims

1. V-образный двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, содержащий два блока цилиндров, установленных на картере и образующих V-образный развал, впускной ресивер, расположенный в передней части двигателя, впускной коллектор, соединенный с впускным ресивером, выпускные коллекторы, турбокомпрессор, соединительные элементы, при этом один из выпускных коллекторов сообщен посредством газового патрубка с турбиной турбокомпрессора, отличающийся тем, что содержит устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, а также дополнительный турбокомпрессор, при этом оба турбокомпрессора расположены над маховиком в торце каждого блока цилиндров, и каждый из них соединен с одним из блоков цилиндров, впускной и выпускные коллекторы расположены в развале блоков цилиндров, при этом один из выпускных коллекторов сообщен с турбиной дополнительного турбокомпрессора, а устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха установлены над картером блоков цилиндров и соединены с турбокомпрессорами.

2. V-образный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что турбокомпрессоры установлены над маховиком на кронштейнах.

3. V-образный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что турбокомпрессоры соединены с блоками цилиндров посредством воздухонапорного и газовых патрубков.

4. V-образный двигатель внутреннего сгорания по п. 1, отличающийся тем, что устройства промежуточного охлаждения наддувочного воздуха соединены с турбокомпрессорами посредством воздухонапорного патрубка.